JPS60307A - Measuring system of angle of inclination - Google Patents

Measuring system of angle of inclination

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JPS60307A
JPS60307A JP10813883A JP10813883A JPS60307A JP S60307 A JPS60307 A JP S60307A JP 10813883 A JP10813883 A JP 10813883A JP 10813883 A JP10813883 A JP 10813883A JP S60307 A JPS60307 A JP S60307A
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displacement
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俊弘 津村
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/26Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring angles or tapers; for testing the alignment of axes

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Abstract

PURPOSE:To improve measuring accuracy by arranging a light reflecting means reflecting incident light in the same direction and forming a mask on a prescribed area on the mirror surface, displacing a light scanning surface so as to make the scanning surface coincide with a previously fixed reference line and detecting the quantity of displacement. CONSTITUTION:A coner cube CC is adjusted so that one side of the mask MA coincides with the previously fixed reference line X-X. A moving body V detects reflected light from the coner cube CC and counts up the number of pulses to discriminate whether the scanning line is ascended or descended from the reference line X-X. The scanning surface of an optical beam is rotated on the basis of the discriminated result so that the scanning line coincides with the reference line X-X. The rotation angle of the scanning surface of the optical beam is detected and the angle of inclination of the moving body V from the reference line X-X is measured.

Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 この発明は、傾斜角計測システムに関し、特にたとえば
移動体が予め定められた基準線に対してなす角度を51
測するシステムに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an inclination angle measurement system, and more particularly to an inclination angle measurement system that measures, for example, an angle made by a moving body with respect to a predetermined reference line.
related to measuring systems.

先行技術の説明 従来、土木機械や農業機械などのために種々の傾斜角検
出装置が提案されま・たは実現されている。
DESCRIPTION OF THE PRIOR ART Conventionally, various tilt angle detection devices have been proposed or realized for civil engineering machines, agricultural machines, and the like.

しかしながら、従来の傾斜角検出センサは、精度の低い
ものが多く、逆に精度の高いものは装置が人形かつ高価
であるという欠点があった。
However, conventional tilt angle detection sensors often have low accuracy, and those with high accuracy have the disadvantage that they are expensive and require a mechanical device.

発明の目的 それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な構成で精
度の高い計測が行なえる全く新規な傾斜角計測システム
を提供することである。
OBJECTS OF THE INVENTION Therefore, the main object of the present invention is to provide a completely new tilt angle measurement system that can perform highly accurate measurements with a simple configuration.

発明の構成 この発明は、要約すれば、入射した光を同一方向に反射
しかつその光反射鏡面の所定の領域にマスクが形成され
た光反射手段を設け、物体からは指向性の鋭い光ビーム
を回動走査し、光反射手段から反射された光を物体側で
゛受光し、その受光出力に基づいて、予め定められた基
準線に一致するように光ビームが形成する光走査面を変
位させ、そのとき変位手段が光走査面を変位した量を検
出することによって物体が基準線に対してなす角度を検
出するようにしたものである。
Structure of the Invention In summary, the present invention provides a light reflecting means that reflects incident light in the same direction and has a mask formed in a predetermined area of the light reflecting mirror surface, so that a sharply directional light beam is emitted from an object. The object side receives the light reflected from the light reflecting means, and based on the received light output, the light scanning surface formed by the light beam is displaced so that it coincides with a predetermined reference line. The angle formed by the object with respect to the reference line is detected by detecting the amount by which the optical scanning surface is displaced by the displacement means.

この発明の上述の目的およびその他の目的と特徴は、図
面を参照して行なう以下の詳細な説明から一層明らかと
なろう。
The above objects and other objects and features of the present invention will become more apparent from the following detailed description with reference to the drawings.

実施例の説明 第1図はこの発明に用いられる光反射手段の一例のコー
ナキューブを示す外観斜視図である。このコーナキュー
ブCCの内部には、たとえば第2図に示すように、3枚
の鏡1,2および3を立体的に組合わしたものが収納さ
れる。これら鏡1〜3は、それぞれの反射鏡面1a、2
aおよび3aが互いに直交するように組合わさイれる。
DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS FIG. 1 is an external perspective view showing a corner cube as an example of light reflecting means used in the present invention. Inside this corner cube CC, a three-dimensional combination of three mirrors 1, 2, and 3 is housed, as shown in FIG. 2, for example. These mirrors 1 to 3 have respective reflecting mirror surfaces 1a and 2.
a and 3a are combined so that they are orthogonal to each other.

このような構成によって、コーナキューブCCは、以下
に説明するような光学的性質を有する。
With such a configuration, the corner cube CC has optical properties as described below.

すなわち、コーナキューブCCは入射した光を入射方向
と同一方向に反射する。今、コーノーキューブCCに入
射角度θ1で入射した光L1を考えてみる。この入射光
L1は、コーナキューブ1の内部の光反射側18〜3a
で複数回〈2回)反射され、コーナキューブCCの光軸
Oに対して対称な位置から出射する。このとき、反射光
L1は入射光L1と平行であり、その反射角度は入射光
L1の入射角度と等しい。したがって、反射光L1は、
入射光L1が入射してきた方向と同一の方向に反射され
る。この関係は、入射光の入射角度にかかわらず成立す
る。たとえば、入射光L2と反射光L2とは互いに平行
であり、かつ入射光L2の入射角度と反射光L2の反射
角度は共に02と等しい。
That is, the corner cube CC reflects the incident light in the same direction as the incident direction. Now, consider light L1 that is incident on the Kohno cube CC at an incident angle θ1. This incident light L1 is transmitted to the light reflection side 18 to 3a inside the corner cube 1.
It is reflected multiple times (twice) at the corner cube CC and exits from a position symmetrical with respect to the optical axis O of the corner cube CC. At this time, the reflected light L1 is parallel to the incident light L1, and its reflection angle is equal to the incident angle of the incident light L1. Therefore, the reflected light L1 is
The incident light L1 is reflected in the same direction as the incident direction. This relationship holds true regardless of the angle of incidence of the incident light. For example, the incident light L2 and the reflected light L2 are parallel to each other, and the incident angle of the incident light L2 and the reflection angle of the reflected light L2 are both equal to 02.

第3図はこの発明の一実施例を用いて移動体■の傾斜角
を測定している状態を示す図である。第4図は移動体■
の上方からビームスキャナBSを見た図であり、光ビー
ムの走査状態を示している。
FIG. 3 is a diagram showing a state in which the inclination angle of a moving body (2) is measured using an embodiment of the present invention. Figure 4 is a moving object■
3 is a diagram of the beam scanner BS seen from above, showing the scanning state of the light beam. FIG.

第5図はコーナキューブCCに形成されるマスクMAと
その反射光との個係を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the mask MA formed on the corner cube CC and its reflected light.

まず、この発明の実施例の詳細を説明する前に第3図な
いし第5図を参照して実施例の原理について説明する。
First, before explaining the details of the embodiment of the present invention, the principle of the embodiment will be explained with reference to FIGS. 3 to 5.

第3図に示すように、コーナキューブCCが所定の位置
に固定される。一方、移動体Vの前部には、ビームスキ
ャナBSが設けられる。このビームスキャナBSは、た
とえばレーザ光のような指向性の鋭い光ビームを発生し
、第4図に示すごとくコーナキューブCCに向けて回動
走査する。
As shown in FIG. 3, the corner cube CC is fixed in place. On the other hand, a beam scanner BS is provided at the front of the moving body V. This beam scanner BS generates a sharply directional light beam, such as a laser beam, and rotates and scans it toward the corner cube CC, as shown in FIG.

一方、コーナキューブCCの光反射鏡面の所定の領域に
は、たとえば塗・料や紙などでマスクMAが形成される
。第5図の例では、光反fJJM面3aの一辺から中心
角45度の扇状の領域(なJ3、上面図では中心角60
度の鱗状の領域)にマスクMAが形成されている。なお
、マスクMAは、コーナキューブCCの中心部および周
辺部が露出するように形成される。マスクMAが形成さ
れた部分に入射した光は、光反射鏡面3aに当たらない
ため、入射方向と同一の方向には反射されない。
On the other hand, a mask MA is formed of, for example, paint or paper in a predetermined area of the light reflecting mirror surface of the corner cube CC. In the example shown in FIG.
A mask MA is formed in the scaly area). Note that the mask MA is formed so that the center and peripheral parts of the corner cube CC are exposed. Since the light incident on the portion where the mask MA is formed does not hit the light reflecting mirror surface 3a, it is not reflected in the same direction as the incident direction.

ところで、第5図において点線で示した領域MA′およ
びM A ″はマスクMAによって影となる領域である
。すなわち、これら領1i1iMA’およびM A ″
に入射した光は、一旦は光反射−面で反射されるが、2
回目あるいは3回目の反射のときにマスクMAに当たる
ため、入射光方向と同一方向には反射されない。
By the way, the areas MA' and M A '' indicated by dotted lines in FIG. 5 are areas shaded by the mask MA. That is, these areas 1i1iMA' and M A ''
The light incident on the surface is once reflected by the light reflection surface, but 2
Since the light hits the mask MA during the second or third reflection, it is not reflected in the same direction as the incident light direction.

上述のごとくのコーナキューブCCは、第3図に示すよ
うに所定の位置に固定されるが、その際にマスクMAの
一辺が予め定められた基準線X−×(たとえば水平面に
沿う線)と一致するように調整される。
The corner cube CC as described above is fixed at a predetermined position as shown in FIG. 3, but at that time, one side of the mask MA is aligned with a predetermined reference line adjusted to match.

今、ビームスキャナBSからの光ビームが第5図に示す
A−BあるいはC−+DのようにコーナキューブCCの
光軸中心00を通ってコーナキューブ上を走査した場合
を考えてみる。光ビームがA→Bと走査される場合、す
なわちコーナキューブCC上での走査線が基準線X−x
に対して右上がり(第5図において)となっている場合
、その走査線はマスクMA、領域MA’ およびM A
 ″のいずれの部分も通過しない。したがって、このと
きコーナキューブCCからの反射光は、第5図に示すよ
うに、幅の広い1個のパルスを含むことになる。一方、
ビームスキャナからの光ビームがC→Dと走査される場
合、すなわちコーナキューブCC上での走査線が基準線
X−Xに対して右下がり(第5図において)の場合、そ
の走査線は領域MA′およびマスクMA上を通過する。
Now, let us consider the case where the light beam from the beam scanner BS passes through the optical axis center 00 of the corner cube CC and scans over the corner cube as shown in A-B or C-+D shown in FIG. When the light beam is scanned from A to B, the scanning line on the corner cube CC is the reference line X-x
(in FIG. 5), the scanning line is in the mask MA, the area MA' and the MA
Therefore, at this time, the reflected light from the corner cube CC includes one wide pulse, as shown in FIG. 5.On the other hand,
When the light beam from the beam scanner is scanned from C to D, that is, when the scanning line on the corner cube CC is downward to the right with respect to the reference line XX (in Fig. 5), the scanning line is in the area MA' and mask MA.

したがって、このときのコーナキューブCCからの反射
光は、第5図に示1ように、3個のパルスを含むことに
なる。
Therefore, the reflected light from the corner cube CC at this time includes three pulses as shown in FIG. 5.

移動体■では、上述のようなコーナキューブCCからの
反射光を受光し、そのパルスの数を組数することによっ
て走査線が基準線x−Xに対して右上がりであるか右下
がりであるかを判別する。
The moving object (■) receives the reflected light from the corner cube CC as described above, and by counting the number of pulses, determines whether the scanning line is upward to the right or downward to the right with respect to the reference line x-X. Determine whether

そして、その判別結果に基づいて、走査線が基準線X−
Xと一致するように、光ビームの走査面を回転させる。
Then, based on the determination result, the scanning line is set to the reference line
Rotate the scanning plane of the light beam so that it coincides with X.

そのときの光ビームの走査面の回転角度を検出すれば、
基準aX−Xに対する移動体■の傾斜角度を測定するこ
とができる。なお、第3図では、移動体■の前方に向け
て光ビームを回動走査するようにしているため、基準線
X−xに対する移動体■の左右の傾きを計測することが
できる。もし、光ビームを移動体Vの右側方あるいは左
側方に向けて回動走査するようにすれば、基準線X−X
に対する移動体Vの前後方向の傾きが測定できる。
If the rotation angle of the scanning plane of the light beam at that time is detected,
It is possible to measure the inclination angle of the moving body (2) with respect to the reference aX-X. In addition, in FIG. 3, since the light beam is rotated and scanned toward the front of the moving object (2), it is possible to measure the horizontal inclination of the moving object (2) with respect to the reference line X-x. If the light beam is rotated and scanned toward the right or left side of the moving object V, the reference line X-X
It is possible to measure the inclination of the moving body V in the front-back direction with respect to the front-back direction.

以下、第6八図ないし第11図を参照してこの発明の一
実施例を詳細に説明する。
Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 68 to 11.

第6A図および第6B図は、移動体■に設置プられるビ
ームスキャナBSを示す外観図であり、特に、第6A図
はその側面図を示し、第6B図はその上面図を示す。図
において、ビームスキャナBSは、レーザ光源や受光素
子が収納された円筒4と、この円筒4に連結されたロー
タリエンコーダEC1およびモータM1とを含む。モー
タM1は円筒4を回動することによって、レーザビーム
しBを回動走査させる。〇−タリエンコーダECIはモ
ータM1の回動角度かつしたがってレーザ光L Bの回
動角度を検出する。ロータリエンコーダEC1,円筒4
およびモータM1は保持部材5によって保持される。こ
の保持部材5の側面中央部には、ロータリエンコーダE
C2およびモータM2が連結される。モータM2は保持
部材5を回動することによって、レーザビームLBで形
成される光走査面を回動させる。ロータリエンコーダE
C2はモータM2の回動角度かつしたがって上記光走査
面の回動角度を検出する。モータM2の外周側面には、
モータM3およびロータリエンコーダEC3が連結され
る。モータM3はモータM2を回動することにより、レ
ーザビームL Bで形成される光走査廁を第6A図の上
下方向に回動させる。ロータリエンコーダEC3はモー
タM3かつしたがって上記光走査面の上下方向の回動角
度を検出する。モータM3およびロータリエンコーダE
C3は保持部材6によって保持される。この保持部材6
は移動体Vに固定される。
FIGS. 6A and 6B are external views showing the beam scanner BS installed on the moving object (2), and in particular, FIG. 6A shows its side view, and FIG. 6B shows its top view. In the figure, the beam scanner BS includes a cylinder 4 housing a laser light source and a light receiving element, and a rotary encoder EC1 and a motor M1 connected to the cylinder 4. By rotating the cylinder 4, the motor M1 rotates and scans the laser beam B. 〇-Tari encoder ECI detects the rotation angle of motor M1 and therefore the rotation angle of laser beam LB. Rotary encoder EC1, cylinder 4
The motor M1 is held by a holding member 5. A rotary encoder E is provided at the center of the side surface of this holding member 5.
C2 and motor M2 are connected. The motor M2 rotates the holding member 5, thereby rotating the optical scanning surface formed by the laser beam LB. Rotary encoder E
C2 detects the rotation angle of the motor M2 and therefore the rotation angle of the optical scanning surface. On the outer peripheral side of motor M2,
Motor M3 and rotary encoder EC3 are connected. By rotating the motor M2, the motor M3 rotates the optical scanning area formed by the laser beam LB in the vertical direction in FIG. 6A. The rotary encoder EC3 detects the vertical rotation angle of the motor M3 and therefore the optical scanning surface. Motor M3 and rotary encoder E
C3 is held by the holding member 6. This holding member 6
is fixed to the moving body V.

第7図は第6A図に示す円筒4の縦断面図である。図に
おいて、円筒1の内周壁には、たとえば半導体レーザな
どのレーザ光源5が設けられる。
FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the cylinder 4 shown in FIG. 6A. In the figure, a laser light source 5 such as a semiconductor laser is provided on the inner peripheral wall of a cylinder 1.

このレーザ光源5から発射されたレーザビームLBは、
円筒4の側面に形成された孔6から外部へ出射される。
The laser beam LB emitted from this laser light source 5 is
The light is emitted to the outside from a hole 6 formed in the side surface of the cylinder 4.

また、円筒4の内部には、レーザビームLBの光路上に
、ハーフミラ−7がほぼ45度の角度で配置される。こ
のハーフミラ−7は、レーザ光源5からのレーザビーム
LBを通過させるとともに、コーナキューブCCに反射
されて戻ってきた光を円筒4の底面41の方向に反射す
る。
Further, inside the cylinder 4, a half mirror 7 is arranged at an angle of approximately 45 degrees on the optical path of the laser beam LB. This half mirror 7 allows the laser beam LB from the laser light source 5 to pass therethrough, and also reflects the light reflected by the corner cube CC toward the bottom surface 41 of the cylinder 4 .

円筒4の底面41には、ハーフミラ−7によって反射さ
れた光を受光するための受光素子BDが配置される。こ
の受光素子BDは、第8図に示すように、半円形の受光
素子BD1およびBO2と、中心部に配置される小円形
の受光素子BDOからなる。
A light receiving element BD for receiving light reflected by the half mirror 7 is arranged on the bottom surface 41 of the cylinder 4. As shown in FIG. 8, this light-receiving element BD consists of semicircular light-receiving elements BD1 and BO2 and a small circular light-receiving element BDO arranged in the center.

第9図はこの発明の一実施例の概略ブロック図である。FIG. 9 is a schematic block diagram of one embodiment of the present invention.

図において、CPU10には、ROM11およびRAM
12が接続される。ROM11は、たとえば第10図に
示すような動作プログラムを記憶し、CPU10はこの
動作プログラムに従って動作を行なう。cpuioには
、さらにインターフェイス13が接続される。このイン
ターフェイス13には、受光素子800.8DIおよび
BO2からの受光出力が与えられる。また、これら受光
素子BDO,BD1およびBO2の出力は、ORゲート
14を介してインターフェイス13に与えられる。さら
に、インターフェイス13には、駆動回路15,166
よび17が接続される。各駆動回路15〜17は、イン
ターフェイス13を介してCPU 10から与えられる
制御信号に基づいて、モータM1〜M3を駆動する。さ
らに、インターフェイス13には、エンコーダEC1〜
EC3からの角度出力が与えられる。
In the figure, the CPU 10 includes a ROM 11 and a RAM.
12 are connected. The ROM 11 stores an operating program as shown in FIG. 10, for example, and the CPU 10 operates according to this operating program. An interface 13 is further connected to the cpuio. This interface 13 is given light receiving outputs from the light receiving elements 800.8DI and BO2. Further, the outputs of these light receiving elements BDO, BD1 and BO2 are given to the interface 13 via the OR gate 14. Furthermore, the interface 13 includes drive circuits 15 and 166.
and 17 are connected. Each of the drive circuits 15 to 17 drives the motors M1 to M3 based on control signals given from the CPU 10 via the interface 13. Furthermore, the interface 13 includes encoders EC1 to
Angle output from EC3 is provided.

第10図は第9図に示すcpuioの動作を説明するた
めのフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart for explaining the operation of the cpuio shown in FIG.

以下、この発明の−*施例の動作を説明する。The operation of the -* embodiment of the present invention will be described below.

まず、第10図に示すステップ(図示ではSと略す)1
において、駆動回路15が能動化され、モータM1によ
るレーザビームLBの回動走査が開始される。続いて、
ステップ2において、受光素子BDの受光出力のパター
ンが読取られる。づなわら、ORゲートの出力は、サン
プリングされてRAM12に記憶されており、CPU1
0は、モータM1によるレーザビームL Bの1回の走
査が終了するごとに、そのとき記憶された受光出力のパ
ターンをRAM12から読取る。続いて、ステップ3に
進み、コーナキューブCC上の走査線がコーナキューブ
CCの光軸中心OOを通ったか否かが判断される。この
判断は、レーザビームl−Bの1回の走査の間に、受光
素子BDOが受光出力を導出したか否かによって判断さ
れる。すなわち、コーナキューブCCの光軸中心00(
第5図参照)付近に入射した光は、入射光と全(同一の
光路を辿ってビームスキャナBSに戻ってくる。
First, step 1 (abbreviated as S in the illustration) shown in FIG.
At this point, the drive circuit 15 is activated, and rotational scanning of the laser beam LB by the motor M1 is started. continue,
In step 2, the pattern of the light receiving output of the light receiving element BD is read. In other words, the output of the OR gate is sampled and stored in the RAM 12, and is sent to the CPU 1.
0 reads the pattern of the light reception output stored at that time from the RAM 12 each time one scan of the laser beam LB by the motor M1 is completed. Subsequently, the process proceeds to step 3, where it is determined whether the scanning line on the corner cube CC passes through the optical axis center OO of the corner cube CC. This determination is made based on whether or not the light receiving element BDO has derived a light receiving output during one scan of the laser beam 1-B. In other words, the optical axis center of the corner cube CC is 00 (
The light incident in the vicinity (see FIG. 5) returns to the beam scanner BS following the same optical path as the incident light.

このようにして戻ってきたレーザ光は、ハーフミラ−7
ににって反射され、受光素子BDの中心部に位置する受
光素子BDに当たる。したがって、レーザビームLBの
1回の走査の間に受光素子BDoから受光出力が導出さ
れれば、コーナキューブCC上の走査線が光軸中心OO
上を通過していることになる。
The laser beam that has returned in this way is sent to the half mirror 7.
The light is reflected by the light and hits the light receiving element BD located at the center of the light receiving element BD. Therefore, if the light receiving output is derived from the light receiving element BDo during one scan of the laser beam LB, the scanning line on the corner cube CC will be at the optical axis center OO.
It means that you are passing above.

上述のステップ3において、コーナキューブCC上の走
査線が光軸中心OO上を通過していないと判断された場
合は、ステップ4に進む。このステップ4では、走査線
が基準線X−xよりも上側(第5図において)にずれて
いるか否かが判断される。もし、走査線が基準mx−x
よりも上側にずれていると判断ずれば、ステップ5に進
み、モータM3を第6A図において時田方向(矢印Rの
方向)に回動させる。これによって、コーナキュー1C
C上の走査線が徐々に下がる。一方、ステップ4におい
て、走査線が基準線X−Xよりも下側にずれていると判
断されれば、ステップ6に進む。このステップ6では、
ステップ5とは逆に、モータM3を第6A図にa5いて
反時旧方向(矢印りの方向)に回動させる。これによっ
て、走査線が徐々に上がる。上述のステップ5および6
の後は、再びステップ2以下の動作が繰返される。
If it is determined in step 3 above that the scanning line on the corner cube CC does not pass over the optical axis center OO, the process proceeds to step 4. In this step 4, it is determined whether the scanning line is shifted above the reference line X-x (in FIG. 5). If the scan line is the reference mx-x
If it is determined that the position has shifted upward, the process proceeds to step 5, and the motor M3 is rotated in the Tokita direction (direction of arrow R) in FIG. 6A. With this, Corner Cue 1C
The scanning line on C gradually goes down. On the other hand, if it is determined in step 4 that the scanning line is shifted below the reference line XX, the process proceeds to step 6. In this step 6,
Contrary to step 5, the motor M3 is rotated in the counterclockwise direction (in the direction of the arrow) at a5 in FIG. 6A. This causes the scan line to gradually rise. Steps 5 and 6 above
After that, the operations from step 2 onwards are repeated again.

ここで、走査線が上側にずれているが否かは、1回の走
査において受光素子BDIとBO2とのどちらがより長
く受光出力を導出したかによって判断されるが、その理
由を以下に説明する。第1図で説明したように、コーナ
キューブCCに入射した光は、同一の部分からは出射せ
ず、光軸Oを中心として点対称の位置から出射づる。し
たがって、たとえば第5図のコーナキューブCCにおい
て、基準線X−Xよりも上側の光反射鏡面に入射した光
は、内部で複数回反射された後、最終的には基準線X−
Xよりも下側の光反射鏡面で反射されて出射する。逆に
、基準線x−Xよりも下側の光反射鏡面に入射した光は
、内部で複数回反射された後、最終的には基準線x−x
よりも上側の光反射鏡面で反射されて出射づる。これに
対して、受光素子BD1は基準線x−Xよりも下側の反
射鏡面から出射した光を受光するように配置されている
。また、受光素子BD2は基準aX−Xよりも上側の反
射鏡面から出射した光を受光するように配置されている
。今、コーナキューブCC上の走査線が光軸中心OOに
対して上側にずれている場合を考えると、この場合基準
線x−xを境として上側の走査線の方が下側の走査線よ
りも長くなる。したがって、コーナキューブCCから出
射する反射光は、基準線x−Xを境として下側の光反射
鏡面から出る時間の方が上側の光反射鏡面から出る時間
よりも長くなる。これに応じて、受光素子BDでは、受
光素子BD1の受光時間が受光素子BD2の受光時間よ
りも長くなる。そこで、受光素子BD1からの受光出力
の導出時間が受光素子BD2からの受光出力の導出時間
よりも長いときは、走査線が光軸中心00に対して上側
にずれていると判断できる。上述とは逆に、受光素子B
D2からの受光出力の導出時間が受光素子BD1からの
受光出力の導出時間よりも長いとぎは、走査線が光軸中
心00に対して下側にずれていると判断できる。
Here, whether or not the scanning line is shifted upward is determined by which of the light receiving elements BDI and BO2 derives the light reception output longer in one scan, and the reason for this will be explained below. . As explained in FIG. 1, the light incident on the corner cube CC does not exit from the same part, but from a point symmetrical position with respect to the optical axis O. Therefore, for example, in the corner cube CC of FIG. 5, the light incident on the light reflecting mirror surface above the reference line
The light is reflected by the light reflecting mirror surface below X and is emitted. Conversely, the light incident on the light reflecting mirror surface below the reference line
The light is reflected by the light reflecting mirror surface above it and exits. On the other hand, the light receiving element BD1 is arranged to receive the light emitted from the reflective mirror surface below the reference line XX. Further, the light receiving element BD2 is arranged so as to receive the light emitted from the reflecting mirror surface above the reference aX-X. Now, if we consider the case where the scanning line on the corner cube CC is shifted upward with respect to the optical axis center OO, in this case, the upper scanning line is higher than the lower scanning line with reference line is also longer. Therefore, the reflected light emitted from the corner cube CC takes longer time to exit from the lower light reflecting mirror surface with respect to the reference line XX as a boundary than it takes to exit from the upper light reflecting mirror surface. Accordingly, in the light receiving element BD, the light receiving time of the light receiving element BD1 becomes longer than the light receiving time of the light receiving element BD2. Therefore, when the time for deriving the light receiving output from the light receiving element BD1 is longer than the deriving time for the light receiving output from the light receiving element BD2, it can be determined that the scanning line is shifted upward with respect to the optical axis center 00. Contrary to the above, the light receiving element B
If the time for deriving the light receiving output from D2 is longer than the time for deriving the light receiving output from light receiving element BD1, it can be determined that the scanning line is shifted downward with respect to the optical axis center 00.

ステップ2〜6の動作の繰返しによって、走査線がコー
ナキューブCCの光軸中心00上を通過するようになる
と、ステップ3でそのことが判断され、ステップ7に進
む。このステップ7では、ロータリエンコーダEC3の
角1食出力がRAM12に記憶される。なお、このとき
のロータリエンコーダEC3の角度出力は、移動体Vに
対するコーナキューブCCの仰角を表わすものである。
When the scanning line passes over the optical axis center 00 of the corner cube CC by repeating the operations in steps 2 to 6, this is determined in step 3, and the process proceeds to step 7. In step 7, the one-corner output of the rotary encoder EC3 is stored in the RAM 12. Note that the angle output of the rotary encoder EC3 at this time represents the elevation angle of the corner cube CC with respect to the moving body V.

次に、ステップ8に進み、エンコーダEC2の角度出力
が記憶されるとともに、再び受光素子BDの受光出力の
パターンが読取られる。そして、ステップ9に進み、今
回読取った受光出力のパターンと、前回および前々回の
走査終了時に読取った受光出力のパターンとが比較され
る。具体的には、受光出力に含まれるパルスの数が比較
される。もし、パルスの数が同じであれば、同じパター
ンとしで判断され、パルスの数が異なれば異なるパター
ンとして判断される。第5図に示すように、走査線が右
上がりの場合は受光出力は1つのパルスを含み、逆に右
下がりの場合は受光出力は3個のパルスを含む。続いて
、ステップ10では、ステップ9における比較結果に基
づいて、コーナキューブCC上の走査線が基準線x−X
と一致したか否かが判断される。ここで、今回読取った
受光出力のパターンと前回読取った受光出力のパターン
とが異なり、かつ今回読取った受光出力と前々回に読取
った受光出力のパターンとが同じになるときは、走査線
が基準線X−Xと一致したと判断される。すなわち、こ
の実施例では、走査線が基準線x−xの近傍で右上がり
の状態と右下がりの状態を交互に繰返しているとぎ基準
線X−Xと一致したと見なしている。
Next, the process proceeds to step 8, where the angular output of the encoder EC2 is stored and the pattern of the light receiving output of the light receiving element BD is read again. Then, the process proceeds to step 9, where the pattern of the light reception output read this time is compared with the light reception output pattern read at the end of the previous scan and the time before the previous scan. Specifically, the number of pulses included in the received light outputs is compared. If the number of pulses is the same, it is determined that the pattern is the same, and if the number of pulses is different, it is determined that the pattern is different. As shown in FIG. 5, when the scanning line is upward to the right, the received light output includes one pulse, and conversely, when the scanning line is downward to the right, the received light output includes three pulses. Subsequently, in step 10, based on the comparison result in step 9, the scanning line on the corner cube CC is aligned with the reference line x-X.
It is determined whether or not they match. If the received light output pattern read this time is different from the received light output pattern read last time, and the received light output pattern read this time is the same as the received light output pattern read the day before last, then the scanning line is the reference line. It is determined that it matches XX. That is, in this embodiment, it is assumed that the scanning line coincides with the sharp reference line XX, which alternately slants upward to the right and downward to the right in the vicinity of the reference line xx.

上述のステップ10において、走査線が基準線x−xと
一致してい6いと判断されれば、ステップ11に進む。
In step 10 described above, if it is determined that the scanning line coincides with the reference line xx (6), the process proceeds to step 11.

このステップ11では、コーナキューブCC上の走査線
が基準線X−Xよりも右上がり(第5図において)の状
態か否かが判断される。この判断は、前述のステップ8
で読取った受光出力のパターンに基づいて行なわれる。
In this step 11, it is determined whether the scanning line on the corner cube CC is in a state of rising upward to the right (in FIG. 5) with respect to the reference line XX. This judgment is made in step 8 above.
This is done based on the pattern of the received light output that is read.

すなわち、受光出力が1個のパルスを含んでいれば、走
査線は右上がりと判断され、受光出力が3111i1の
パルスを含んでいれば走査線は右下がりと判断される。
That is, if the received light output includes one pulse, it is determined that the scanning line is upward-sloping to the right, and if the received light output includes a pulse of 3111i1, it is determined that the scanning line is downward-sloping to the right.

もし、走査線が右上がりと判断されれば、ステップ12
に進み、走査線が右下がりとなる方向にモータM2が回
動される。一方、走査線が右下がりと判断されれば、ス
テップ13に進み、走査線が右上がりとなる方向にモー
タM2が回動される。これらステップ12および13の
後は、再びステップ8以下の動作が繰返される。ステッ
プ8〜13の動作の繰返しにJ:って、走査線が基準線
X−xと一致したと判断されると、ステップ14に進む
。このステップ14では、今回読取ったロータリエンコ
ーダEC2の角度出力と前回読取ったロータリエンコー
ダEC2の角度出力との平均角度が計算される。そして
、その平均角度が基準mx−xに対する移動体Vの傾斜
角度としてRAM12に記憶される。その後、再びステ
ップ2の動作に戻る。
If it is determined that the scanning line is upward-sloping, step 12
Then, the motor M2 is rotated in a direction in which the scanning line descends to the right. On the other hand, if it is determined that the scanning line is downward to the right, the process proceeds to step 13, where the motor M2 is rotated in a direction in which the scanning line is upward to the right. After steps 12 and 13, the operations from step 8 onwards are repeated again. When the operations of steps 8 to 13 are repeated and it is determined that the scanning line coincides with the reference line X-x, the process proceeds to step 14. In this step 14, the average angle between the angle output of the rotary encoder EC2 read this time and the angle output of the rotary encoder EC2 read last time is calculated. Then, the average angle is stored in the RAM 12 as the inclination angle of the moving body V with respect to the reference mx-x. After that, the operation returns to step 2 again.

第11図はコーナキューブCCに形成されるマスクの他
の例を示す図である。図において、コーナキューブCC
の反射鏡面3aには複数列のマスクMA1〜MA4が形
成されている。なお、コーナキューブCCに形成される
マスクは、第5図および第11図に示すものに限定され
るものではなく、その他種々のものが考えられる。すな
わち、基準線に対して走査線が右上がりの状態と右下が
りの状態とで反射光のパターンが変わるようにマスクを
形成すればよい。
FIG. 11 is a diagram showing another example of the mask formed on the corner cube CC. In the figure, corner cube CC
A plurality of rows of masks MA1 to MA4 are formed on the reflective mirror surface 3a. Note that the mask formed on the corner cube CC is not limited to those shown in FIGS. 5 and 11, and various other masks may be used. That is, the mask may be formed so that the pattern of reflected light changes depending on whether the scanning line is upward to the right or downward to the right with respect to the reference line.

なお、上述の実施例では、基準線x−xに対する移動体
■の傾斜角度を測るようにし1=が、もちろん固定され
た物体の傾斜角度を測ることもできる。また、移動体■
は、地上を走行するものに限らず、飛行機のように空中
を飛行するものであってもよい。
In the above-mentioned embodiment, the inclination angle of the moving object (1) with respect to the reference line x-x is measured (1=), but of course the inclination angle of a fixed object can also be measured. In addition, mobile
The vehicle is not limited to one that travels on the ground, but may also be one that flies in the air like an airplane.

発明の効果 以上のように、この発明によれば、入射光と同一の方向
に光を反射するという光反射手段の特殊ゐ光学的性質を
利用して物体の傾斜角度を測定するようにしたので、極
めて正確な傾斜角の測定が行なえ、しかも装置が簡単か
つ安価なものとなる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the inclination angle of an object is measured using the special optical property of the light reflecting means that reflects light in the same direction as the incident light. , the inclination angle can be measured very accurately, and the device is simple and inexpensive.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はコーナキューブの外観斜視図である。 第2図はコーナキューブの内部に収納される鏡の立体斜
視図である。第3図はこの発明の一実施例を用いて移動
体■の傾斜角を測定している状態を示す図である。第4
図は移動体Vの上方からビームスキャナBSを見た図で
あり、光ビームの走査状態を示している。第5図はコー
ナキューブCCに形成されるマスクMAとその反射光と
の関係を示す図である。第6A図および第6B図はこの
発明の一実施例に用いられるビームスキャナBSを示す
外観図であり、特に、第6A図はその側面図を示し、第
6B図はその上面図を示す。第7図は第6A図に示す円
筒4の縦断面図である。第8図は第7図に示す受光素子
BDの平面図である。第9図はこの発明の一実施例の概
略ブロック図である。第10図は第9図に示すCPUl
0の動作を示するためのフローチャートである。第11
図はコーナキューブCCに形成されるマスクの他の例を
示す図である。 図において、CCはコーナキューブ、■は移動体、BS
はビームスキャナ、18〜3aは光反射鏡面、MAはマ
スク、MA’およびM A ”はマスクMAによってで
きた影、M1〜M3はモータ、EC1〜EC3はエンコ
ーダ、5はレーザ光源、BDは受光素子、10はCPU
、11はROM。 12はRAMを示す。 特許出願人 津 村 俊 弘 (ほか2名) 第5図 ヱ =43− 手続補正内(方式) 特許庁長官殿 1、阜件の表示 昭和58年特fr願第 10813f 号2、光重の名
称 仲斜角乳1測ジノ、ブーム 3、補正を覆る者 事「Fとの間係 特W[出願人 住所 大阪市住吉区我孫子3丁目7番21号ツムラトシ
ヒ口 氏名 津 村 俊 弘 (ばか1名) 4、代理人 住 所 大阪市北区天神橋2丁目3番9@ へf代第−
ビル昭和58年9月27日 6、補正の対象 旧測田全文 7、補正の内容 別紙のとJ3す。 ただし、内容についての補正はありまヤん。 以上 手続補正内 昭和59年6月18日 2、発明の名称 傾斜角計測システム 3、補正をする者 事件とのlPl係 特許出願人 住所 大阪市住吉区15!孫子3丁目7番21号ツムラ
トシヒ口 氏名 津村俊弘 ((人が1名] 4、代理人 住 所 大阪市北区天神榎2丁目3番9jJ 八千代第
一化ル自発補正 6、補正の対象 図面の第10図 7、補正の内容 図面の第10図を別紙添付の第10図のように訂正する
。 以上
FIG. 1 is an external perspective view of the corner cube. FIG. 2 is a three-dimensional perspective view of a mirror housed inside the corner cube. FIG. 3 is a diagram showing a state in which the inclination angle of a moving body (2) is measured using an embodiment of the present invention. Fourth
The figure is a view of the beam scanner BS from above the moving body V, and shows the scanning state of the light beam. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the mask MA formed on the corner cube CC and its reflected light. 6A and 6B are external views showing a beam scanner BS used in an embodiment of the present invention, in particular, FIG. 6A shows its side view, and FIG. 6B shows its top view. FIG. 7 is a longitudinal sectional view of the cylinder 4 shown in FIG. 6A. FIG. 8 is a plan view of the light receiving element BD shown in FIG. 7. FIG. 9 is a schematic block diagram of an embodiment of the present invention. Figure 10 shows the CPU shown in Figure 9.
2 is a flowchart for showing the operation of 0. 11th
The figure shows another example of the mask formed on the corner cube CC. In the figure, CC is a corner cube, ■ is a moving object, and BS
is a beam scanner, 18 to 3a are light reflecting mirror surfaces, MA is a mask, MA' and MA'' are shadows created by the mask MA, M1 to M3 are motors, EC1 to EC3 are encoders, 5 is a laser light source, and BD is a light receiver element, 10 is CPU
, 11 is ROM. 12 indicates a RAM. Patent applicant Toshihiro Tsumura (and 2 others) Figure 5 E = 43 - Procedural amendment (formality) Director General of the Japan Patent Office 1, Indication of the matter Patent application No. 10813f of 1988 2, Mitsushige's name Middle oblique breast 1 measurement Gino, boom 3, person who overturns correction ``Interaction with F Special W ) 4. Agent address: 2-3-9 Tenjinbashi, Kita-ku, Osaka
Bill September 27, 1981 6, Full text of old surveyed fields subject to amendment 7, Contents of amendment attached to J3. However, there may be no amendments to the content. Above procedures amended June 18, 1982 2 Name of the invention Inclination angle measurement system 3 Person making the amendment IPL person in charge of the case Patent applicant address 15, Sumiyoshi-ku, Osaka City! Sunzi 3-7-21 Tsumura Toshihiro Name: Toshihiro Tsumura ((1 person) 4. Agent address: 2-3-9J Tenjin Enoki, Kita-ku, Osaka City Yachiyo Daiichi Kale voluntary amendment 6. Drawings subject to amendment Figure 10 7, Contents of Amendment Figure 10 of the drawing is corrected as shown in Figure 10 attached.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1) 予め定められた基準線に対して物体がなす角度
を計測するシステムであって、立体的に組合わされた複
数の光反IJjJ鏡面を有し、入射した光を同一方向に
反射する光反射手段、前記光反射鏡面の所定の領域に形
成されたマスク、 前記物体に設iノられ、指向性の鋭い光ビームを前記光
反射手段に向けて回動走査する回動走査手段、 前記回動走査手段に関連して設けられ、前記光反射手段
からの反射光を受光するための受光手段、前記回動走査
手段に関連して設けられ、前記光ビームで形成される光
走査面を変位させるための変位手段、 前記光走査面が前記基準線に一致するように、前記受光
手段出力に基づいて前記変位手段を駆動する駆動手段、
および 前記変位手段による前記光走査面の変位量を検出するこ
とによって前記角度を検出する手段を備える、傾斜角計
測システム。
(1) A system that measures the angle made by an object with respect to a predetermined reference line, and has a plurality of mirror surfaces that are combined three-dimensionally to reflect incident light in the same direction. a reflecting means, a mask formed in a predetermined area of the light reflecting mirror surface, a rotary scanning means provided on the object and rotating and scanning a sharply directional light beam toward the light reflecting means; A light receiving means provided in association with the moving scanning means and for receiving the reflected light from the light reflecting means; a light receiving means provided in association with the rotary scanning means for displacing a light scanning surface formed by the light beam; a displacement means for driving the displacement means based on the output of the light receiving means so that the optical scanning surface coincides with the reference line;
and means for detecting the angle by detecting the amount of displacement of the optical scanning surface by the displacement means.
(2) 前記変位手段は、 前記光走査面と直交する方向に該光走査面を変位させる
第1の変位手段と、 前記光走査面を回転させる第2の変位手段とを含み、 前記駆動手段は、前記第1の変位手段を駆動して前記光
走査面が前記光反射手段の光軸中心に当たるようにした
後前記第2の変位手段を駆動して前記光走査面を回転さ
せて前記基rP−線と一致させ、前記角度検出手段は前
記第2の変位手段による前記光走査面の回転角度を検出
する手段を含む、特許請求の範囲第1項記載の傾斜角計
測システム。
(2) The displacement means includes: a first displacement means that displaces the optical scanning surface in a direction perpendicular to the optical scanning surface; and a second displacement means that rotates the optical scanning surface, and the driving means The first displacement means is driven so that the optical scanning surface hits the optical axis center of the light reflecting means, and then the second displacement means is driven to rotate the optical scanning surface and the base is moved. 2. The inclination angle measurement system according to claim 1, wherein the angle detection means includes means for detecting a rotation angle of the optical scanning surface by the second displacement means so as to coincide with the rP- line.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0388559A2 (en) * 1989-03-01 1990-09-26 Spectra Precision, Inc. Method and apparatus for measuring incident light angle relative to a reference

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0388559A2 (en) * 1989-03-01 1990-09-26 Spectra Precision, Inc. Method and apparatus for measuring incident light angle relative to a reference

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